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铁死亡是一种ROS依赖和铁依赖的细胞死亡方式，其特征是大量脂质过氧化物的产生。铁死亡的机制是细胞内抗氧化系统的失调，其中GSH/GPX4系统是细胞内拮抗铁死亡的主要系统。后来的研究发现了其他直接抑制脂质过氧化的信号通路COQ10/FSP1，BH4/DHFR和CoQ/DHODH，任何一条通路的失常都能引起低依赖GSH/GPX4系统的细胞死亡，或者增强靶向GSH/GPX4通路的铁死亡诱导剂的杀伤效果。此外，P53、NRF2等明星蛋白也被发现通过调控GSH/GPX4通路来调节铁死亡。细胞内源铁离子的积累或者脂氧合酶的过量表达也能通过促进脂质ROS的产生而引起铁死亡。 NUPR1是一种小分子细胞应激蛋白，在病理状态下的细胞以及癌细胞中被激活。NUPR1的表达量与细胞周期密切相关，敲低NUPR1已经被证明抑制多种癌细胞，包括胰腺癌、肝癌、血液癌等在体内和体外的生长。有趣的是，由于NUPR1的表达量与细胞密度成正相关，因此抑制NUPR1对癌细胞的杀伤效果与也与细胞密度呈现出很强的负相关性。NUPR1没有稳定的二级和三级结构，现代药物设计方法对于NUPR1蛋白是一个巨大挑战。直到2017年，研究人员筛选了一千多种FDA批准的药物，鉴定出15种与NUPR1有亲和力的药物。与其他14种药物相比，三氟拉嗪（TFP）展现出最强的NUPR1亲和力以及体内体外抗癌活性。然而TFP用于癌症治疗的剂量过大，且具有神经毒性。为了增强TFP的抗癌活性、提高其与NUPR1的结合能力，研究人员修饰了TFP的配体，并筛选出与NUPR1高亲和力的抑制剂ZZW-115。ZZW-115能够有效杀死各种癌细胞，具有很小的药物浓度作用窗口。过去的研究已经发现基因沉默或者药物抑制NUPR1能够使癌细胞产生大量ROS并引起线粒体功能失常，但是对于其具体机制一直不清楚。 研究内容 该研究发现无论是细胞坏死抑制剂Nec-1、凋亡抑制剂Z-VAD、铁死亡抑制剂Fer-1都能部分抑制ZZW-115在胰腺癌或肝癌细胞中引起的死亡。补充亲脂抗氧剂（Trolox、BHT )、高浓度的亲水抗氧化剂（NAC，Vit.C)或线粒体靶向抗氧剂MitoQ减弱了ZZW-115在癌细胞中引起的死亡。有趣的是经典的铁死亡诱导剂Erastin等虽然能引起细胞内ROS和脂质ROS的产生，但是不能引起线粒体ROS的产生。而ZZW-115除了引起上述两种ROS的产生，还能增加线粒体ROS，说明ZZW-115引起的铁死亡与线粒体密切相关。 随后的研究发现ZZW-115通过多种途径抑制GSH/GPX4通路，并降低FSP1的转录水平，进而引起癌细胞的铁死亡。作者还发现，ZZW-115引起的线粒体功能的失常包括降低的氧化磷酸化水平和线粒体膜电位等可被抗氧化剂拯救，说明了ZZW-115与传统铁死亡诱导剂不同，其引起的铁死亡是呈现线粒体ROS依赖的，并且谷氨酰胺对于ZZW-115引起的铁死亡是必要的。为了弄清楚ZZW-115调节线粒体的信号通路，作者鉴定出线粒体转录因子TFAM在ZZW-115引起的线粒体相关的铁死亡中扮演着重要作用。补充TFAM可挽救ZZW-115引起的线粒体功能异常以及细胞活力的下降。与药物学作用的结果一致，对敲低了NUPR1的癌细胞补充TFAM也能抑制NUPR1失活引起的线粒体依赖的铁死亡。联合用药实验发现ZZW-115还可增强多种靶向GSH/GPX信号的铁死亡抑制剂的杀伤性，且ZZW-115引起的铁死亡不能被溶酶体铁螯合剂DFO所抑制，证明了ZZW-115引起的铁死亡主要是通过TFAM介导的线粒体ROS过量增加引起的。总之，该研究发现NUPR1抑制剂ZZW-115可通过调节抗氧化系统中多种信号途径，并引发癌细胞发生线粒体失常引起的铁死亡。 |
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